（系统工程专业论文）快速分拣系统仿真平台研究与开发.pdf

i i 】东大学硕 ：学位论文 摘要 分拣作业是物流配送中心仓储、分拣及配送三大核心环节之一。快速分拣系 统及其作业效率成为改善配送中心整体运行效率的关键因素。 目前，快速分拣系统与技术的研究呈现多样化。不同的订单结构、分拣模式、 设备组合方式以及单机设备工作模式和效率都将改变和影响整个分拣线的效率。 同时，补货环节的布局与工作模式不合理也会使分拣产生瓶颈。如何研究分拣效 率、如何提高分拣效率、如何避免瓶颈成为目前制约快速分拣系统发展的关键因 素。因此，快速分拣系统及技术越来越多地受到理论界与工程界的关注。 本文旨在通过构建快速分拣系统仿真平台，分析分拣效率动态变化，发现分 拣环节中的瓶颈。通过改进分拣模式和设备组合方式等方法，使分拣效率最大化。 该仿真平台以某卷烟分拣配送中心为原型，利用p e t r i 网的w fn e t 法建立分 拣系统的订单处理模型、补烟环节模型和分拣环节模型，分别描述分拣系统订单 处理环节、补烟环节和分拣环节的动态流程。在此基础上，基于面向对象o o p 技术和o p e n g l 技术，开发了三维虚拟环境下的快速分拣系统仿真平台。提高了 系统的可视性和真实性，便于分析和观察瓶颈的产生原因。 本文采用某卷烟分拣配送中心的真实订单数据，对仿真平台进行验证，得到 的分拣效率、补货环节效率与现场设备实测结果相符，证明了快速分拣系统仿真 平台的有效性。而且，通过对不同的快速分拣系统补货环节进行仿真分析，确定 循环补货方案为效率最高，同时无瓶颈的方案。此外，通过仿真对分拣系统各设 备参数进行调整，分拣线的效率从调整前的18 5 0 0 条d , 时到调整后的2 2 5 0 0 条 小时。 通过本文对仿真平台的应用说明，该仿真系统不仅对设计方案合理性和系统 应用中的性能优化有着重要的指导意义，对快速分拣技术和理论的研究也提供了 有效支撑。同时，极大地提高了快速分拣系统的研发速度。 关键字：仿真；快速分拣；快速分拣系统仿真平台；w f n e t 山东人学顾f = 学位论文 a b s t r a c t s t o r a g ei s o n eo ft h et h r e ec o r eo p e r a t i o n sw h i c hi n c l u d es t o r a g e ，s o r t i n ga n d d e l i v e r yi nt h ed i s t r i b u t i o nc e n t e r t h er a p i ds o r t i n gs y s t e ma n di t se f f i c i e n c yb e c o m e t h ek e yf a c t o rt oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h ew h o l ed i s t r i b u t i o nc e n t e r a tp r e s e n t ，t h er e s e a r c ho ft h er a p i ds o r t i n gs y s t e ma n dr e l a t e dt e c h n o l o g ys h o w s d i v e r s i f i c a t i o n d i f f e r e n to r d e rs t r u c t u r e s ，s o r t i n gm o d e s ，c o m b i n a t i v em o d e so ft h e e q u i p m e n t s ，w o r kp a t t e r n sa n de f f i c i e n c yo f t h es i n g l ee q u i p m e n tc a na l li n f l u e n c et h e e f f i c i e n c yo ft h ew h o l es o r t i n gs y s t e m m e a n w h i l e ，t h e r ew i l lb eb o t t l e n e c ki ft h e o v e r a l ll a y o u ta n dt h ew o r kp a t t e mo ft h es u p p l ys y s t e ma r eu n r e a s o n a b l e h o wt o s t u d yt h es o r t i n ge f f i c i e n c y ，i m p r o v et h es o r t i n ge f f i c i e n c y ，e l i m i n a t et h eb o t t l e n e c k b e c o m et h ek e yf a c t o r so fr e s t r i c t i n gt h ed e v e l o p m e n to ft h er a p i ds o r t i n gs y s t e m s o ， t h et h e o r ya n de n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o nf i e l dp a ym u c ha t t e n t i o nt ot h er a p i ds o r t i n g s y s t e ma n dt h er a p i ds o r t i n gt e c h n o l o g y t h i st h e s i sa i m sa ts t r u c t u r i n gt h es i m u l a t i o np l a t f o r mo ft h er a p i ds o r t i n gs y s t e m ， a n a l y z i n gt h ed y n a m i cc h a n g e so ft h es o r t i n ge f f i c i e n c ya n df i n d i n gt h eb o t t l e n e c ko f t h es o r t i n gs y s t e m t h r o u g hi m p r o v i n gt h es o r t i n gm e t h o d s ，s u c ha ss o r t i n gm o d e s a n dc o m b i n a t i v em o d e so ft h ee q u i p m e n t se n a b l et h es o r t i n ge f f i c i e n c yt or e a c h m a x i m u m t h i ss i m u l a t i o np l a t f o r mm a k e sat o b a c c od i s t r i b u t i o nc e n t e ra st h ep r o t o t y p e ， u t i l i z e st h ew f n e tt os e tu pt h eo r d e rd e a l i n gm o d e l ，r e p l e n i s h m e n tm o d e la n dt h e s o r t i n gm o d e l ，d e s c r i b e st h ed y n a m i cp r o c e d u r e o ft h eo r d e rd e a l i n gs y s t e m ， r e p l e n i s h m e n ts y s t e ma n dt h es o r t i n gs y s t e m o nt h i sb a s i s ，t h i st h e s i sd e v e l o p st h e s i m u l a t i o np l a t f o r mo ft h er a p i ds o r t i n gs y s t e mb a s e do nt h eo o pt e c h n o l o g ya n dt h e o p e n g lt e c h n o l o g yw h i c hi m p r o v e st h ev i e wa n da u t h e n t i c i t yo ft h er a p i ds o r t i n g s y s t e ma n di sc o n v e n i e n tt oa n a l y z et h ec a u s eo ft h eb o t t l e n e c k s t h ev e r i f i c a t i o nt ot h es i m u l a t i o np l a t f o r m 、析t ht h et r u es o r t i n go r d e rd a t ao fa t o b a c c od i s t r i b u t i o nc e n t e rs h o w st h a tt h es o r t i n ge f f i c i e n c ya n dt h er e p l e n i s h e f f i c i e n c ya r ei nc o n f o r m i t yw i t hr e a ld a t a , w h i c hp r o v e s t h ev a l i d i t ya n dt h e p r a c t i c a b i l i t yo ft h es i m u l a t i o np l a t f o r mo ft h er a p i ds o r t i n gs y s t e m b ya n a l y z i n g i i i 山东大学硕卜学位论文 d i f f e r e n tr e p l e n i s h m e n ts y s t e mo ft h er a p i ds i m u l a t i o np l a t f o r m ，t h i st h e s i sj u d g e st h e c i r c u l a t i v es u p p l ys y s t e ma st h em o s te f f e c t i v es y s t e mw i t h o u tb o t t l e n e c k i na d d i t i o n ，t h i st h e s i s a d j u s t st h ep a r a m e t e r so ft h ee q u i p m e n t sw i t ht h e s i m u l a t i o np l a t f o r m ；t h es o r t i n ge f f i c i e n c yh a sb e e ni m p r o v e df r o m18 5 0 0t o2 2 5 0 0 b a s e do nt h ea p p l i c a t i o no ft h es i m u l a t i o np l a t f o r mi nt h i st h e s i s ，t h i ss i m u l a t i o n p l a t f o r mc a nn o to n l yv e r i f i e st h er a t i o n a l i t yo fd e s i g np l a na n do p t i m i z eo ft h er a p i d s o r t i n gs y s t e m ，b u ta l s oo f f e r se f f e c t i v es u p p o r tt ot h er e s e a r c ho ft h et e c h n o l o g ya n d t h et h e o r yo ft h er a p i ds o r t i n gs y s t e m m e a n w h i l e ，t h es i m u l a t i o np l a t f o r ma c c e l e r a t e s t h ed e s i g n i n gp r o c e d u r eo ft h er a p i ds o r t i n gs y s t e m i v k e yw o r d s ：s i m u l a t i o n ；r a p i ds o r t i n gs y s t e m ；s i m u l a t i o np l a t f o r m ；w f n e t 山东大学硕 j 学位论文 符号说明 e x p 数学期望 p库所 丁变迁 f 流关系 咖 空集 np p 州网系统 d o r a ( f )f 的定义域 c o d ( f )f 的值域 。tf 的输入库所 t 。 f 的输出库所 。t f 的外延 k 上的容量函数 m上的一个标识 w 的权函数 v 任意 人 逻辑与 m p f 在m 有发生权 m m 的后继 无穷 e ( x )x 的数学期望 d ( x )x 的方差 t s 仿真时间 皮带通过分拣机所需要的时间 w t卧式机宽度 w d 分拣机之间的排列间距 v皮带速度 分拣机通道任务数即下烟数量 v 山东大学硕f 学位论文 v i ，卧式机执行下烟任务所需要的时间 嵋 卷烟宽度 d 出 卷烟在皮带上的排列间距 d订单之间的间距 名 形成订单间距所需要的时间 m 柜式机组合数 w a 柜式机宽度 t 柜式机执行下烟任务所需要的时间 乙 补烟时间即推烟气缸往返一次所需要的时间 矿 补烟辊道速度 d 。 第刀件烟与分拣区入口点的距离 ，抑 第，z 件烟的补烟时刻 力c 储烟槽中的卷烟数量 厅m 储烟槽可容纳卷烟的最大量 f c 从储烟槽到皮带的下烟时刻 原创性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：墨翘 日 期：磁盟兰兰臼 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大 学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：墨燃导师签 期：丝哮r 印j 日 山东大学硕 学位论文 第一章绪论 1 1 引言 现代物流作为一种先进的组织方式和管理理念，被广泛认为是企业降低物 耗，提高劳动生产率以外的第三利润源泉1 1 。由于大规模集中配送的成本优势和 效率难题，提升配送中心的运营效率已成为大中型企业改善物流的重要举措2 1 。 作为配送中心的核心设备和主要作业环节，分拣系统与技术和分拣作业效率也越 来越受到理论界和工程界的关注 3 1 。 我国现代物流发展较晚，对分拣系统的研究也刚刚起步，分拣作业大多数采 用人工分拣，少数采用人工分拣和机械分拣相结合的半自动分拣方式，而自动化 分拣即快速分拣所占的比例并不高，其中一个重要原因是目前我国快速分拣系统 与技术还不够成熟，与国外相比还有差距。但快速分拣系统与技术作为分拣领域 的主要发展趋势，也是我国分拣技术的发展方向，有着人工分拣和半自动分拣不 可比拟的优势： 减少工作人员数量 降低劳动强度 提高分拣效率 降低分拣出错率 成品卷烟的快速分拣配送作为烟草行业由传统流通向现代物流转变的重要 步骤，也正在经历着由人工电子标签和半自动分拣设备逐步向全自动分拣设备转 变的过程，这些转变不仅要求机械领域的创新以适应全自动分拣方案，也要求软 件系统的进一步提高。无论是分拣方案的选择，还是设备参数的优化，计算机仿 真无疑是一种重要而有效的手段【4 j 。它可以在方案和设备投入使用之前模拟该方 案或设备的使用性能，预先发现问题和瓶颈，避免人力、物力、财力的浪引5 1 。 1 2 课题开发背景和意义 本文以烟草行业分拣系统为对象，并以某卷烟配送中心的自动化分拣系统为 背景进行研究。 目前，国内卷烟成品的分拣和配送，通过设在各个地市的卷烟分拣配送中心 完成。卷烟分拣是典型的小品种、大批量专业配送中心。平均每个地市日处理订 “l 东歹：学硕 = 学位论文 单6 0 0 0 个，日分拣卷烟2 0 万条，日分拣品牌1 0 0 多个，分拣量较大。 通过卷烟配送中心分拣作业流程的研究发现，卷烟分拣系统是一个通过订单 拉动而运作的系统，影响系统性能的因素众多，如订单品项、品项数量等，这些 参数大多是随机的，在分拣系统投入使用之前很难建立一个标准计算模型来预测 是否能达到预期的分拣指标【6 】。卷烟分拣系统的实施需要工作人员在工业现场进 行不断的调试，而工业现场的实施存在着周期长、风险大等诸多问题，因此，为 保证方案的可行性和设备的合理性，实施前对整个卷烟分拣系统进行前期仿真是 企业改善分拣流程，提升分拣效率，加快研发快速分拣系统的重要工具。 基于上述分析，本文研究和开发了快速分拣系统仿真平台，它综合考虑了分 拣系统与补货系统之间的协调关系和分拣系统内部各个环节之间的制约关系，从 实际设备数据出发，利用统计建模方法建立了自动化分拣系统及自动补货系统的 数学模型，并以该模型为基础开发了一套基于面向对象o o p 技术和o p e n g l 技 术的三维自动化分拣系统仿真软件，它可以模拟一个正在运行的卷烟分拣系统， 真实地反映其工作流程和分拣过程，得到分拣系统和补货系统各个机械设备的设 备利用率、整个分拣系统在不同时刻的分拣效率、补烟效率、补烟及时率等设备 性能指标，并可以在这些数据基础上分析了系统是否存在瓶颈点，为后期的项目 实施确定设备类型、设备参数提供了参考数据。快速分拣系统仿真平台的主要意 义体现在： 可为科研人员设计新的分拣系统或补货系统提供测试依据 可根据科研人员的需要改变相关静态参数和运行条件来获得在现场不 可能实施的行为 根据仿真来确定整套分拣方案是否可行 根据仿真来分析整个分拣系统是否存在瓶颈点，以寻求更好的解决方案 可根据仿真结果优化设备参数 1 3 分拣系统仿真平台的现状及发展 仿真技术作为分析各种复杂系统的一种重要工具，目前已被广泛应用在工程 领域和非工程领域中r 7 1 。现代物流仿真技术作为种验证规划方案合理性的有效 工具和确定参数的有效方法，也在物流行业中得到了广泛的应用【8 】。下面对于物 流仿真技术的一个重要方向分拣仿真技术在国内外的研究现状作简单的阐 2 山东大学硕 j 学位论文 述。 1 3 1 国外分拣系统仿真平台现状 从2 0 世纪6 0 年代开始，国外就已着手研制仿真语言，比较常用的仿真语言 有g p s s 、g a s p 、s l a n 和s i g n 等，同时国外在仿真系统的模型方面也作了相关 研究，如：配送中心选址的经典模型是h a r v e y s u b c o m m a n dr i c h a r d s m u f f i n 在1 9 6 0 年提出的，为亨氏公司( h j h e i n zc o m p a n y ) 开发，后来用于雀巢公司 ( n e s t l ec o m p a n y ) 的配送问题。 2 0 世纪8 0 年代后，国外的仿真软件发展更加迅速，如英国l a n n e r 公司推 出的用于生产物流领域仿真的w i t n e s s ；美国b r o o k sa u t o m a t i o n 公司于2 0 世 纪9 0 年代末，并购a u t o s i m u l a t i o n 公司及其开发的a u t o m o d 软件。该软件主要 用于生产物流领域的建模和仿真。对于配送中心的分拣系统和分拣作业涉及较 少，仅适用于滑块式分拣和交叉皮带分拣作业等传统的分拣环节。美国f l e x s i m s o f t w a r es r o d u c t s 公司开发的f l e x s i m ，它支持多约束条件下的分拣系统仿真， 但其仅适用于传统意义下的简单分拣且限制条件很多，并不支持现行条件下复杂 的复合分拣。 上世纪九十年代后期，国外对于分拣系统仿真理论与技术也有相关研究文 献。m a s e ld a l e 9 ( 1 9 9 7 ) 从分拣设施规划的角度，通过仿真来研究出口的配送 问题；a u g h a n ，m a r k 1 0 】( 1 9 9 9 ) 把分拣系统归纳为6 个子系统：订单挑选、合并 前聚集、合并、感应、分拣、搬运，从而将订单获得与不同传送带有机地结合成 一个高效的分拣系统；m a s e ld t 【1 1 1 ( 2 0 0 1 ) 则研究了现有的关于评估分拣固定 形状货物的环形分拣系统的分拣时间的解析公式；n o r m a ns a e n zj r 坨】( 2 0 0 2 ) 从配送中心里物料搬运的角度研究了分拣系统传送带的构建，以及如何搭配各种 传送带，配置一个良好的分拣搬运系统。以上的研究都是针对分拣系统中的某个 环节或某种特殊模型，并不支持小品种、大批量，随机订单的快速分拣系统。 综上所述，无论是国外的仿真软件系统，还是分拣仿真的研究文献，更多集 中在生产物流领域仿真和传统的播种式分拣效率研究上。对这种小品种、大批量 专业配送中心的快速分拣系统及其仿真平台研究并不多见。 1 3 2 国内分拣系统仿真平台现状 在我国，集成化物流仿真技术的研发目前还处于起步阶段。山东大学和同济 3 山东人学硕i ：学位论文 大学相继在1 9 9 6 年和2 0 0 1 年开始了相关领域的研发工作。最近几年自动化仓库 仿真软件在我国取得了较快的发展，在烟草行业、轮胎业、食品业等广泛的领域 应用计算机模拟技术选择最佳的设备配置和作业参数，达到最佳的系统性能。有 学者在把离线仿真和在线仿真相结合方面取得了成功的经验，优化了仿真性能。 一些大学和物流公司在自动化仓库仿真软件的研发方面取得了一定的成果，如兰 剑物流科技公司在1 9 9 9 年成功开发了国内第一套三维物流仿真软件，对自动化 仓库系统( a s i r s ) 仿真取得突破。近几年国内学者也在配送中心的分拣环节进 行了研究，初步开发了一些简单分拣系统的仿真，如：电子标签等摘果式分拣仿 真及滑块式分拣系统仿真，但对于快速分拣系统仿真软件及系统的研究仍涉及较 少。 近几年，国内对分拣系统仿真建模方法问题上有了相关研究，但正刚等人对 滑块式分拣系统进行了研究，以卷烟分拣系统为对象建立了基于w i t n e s s2 0 0 3 的 仿真模型，分析了影响系统性能的主要因素，并结合数学分析给出了一定范围内 使用的系统性能和主要因素的关系式，但这是在烟草订单结构确定的基础上进行 研究的，且只针对滑块式分拣系统进行研究，因此论文具有一定的局限性【1 3 】。另 外黄银娣1 1 4 1 、邵明习等人提出了基于p e t r i 网和a u t o m o d 的分拣物流系统建模 与仿真，但这些论文仍是以a u t o m o d 为平台开发的分拣仿真系统，由于a u t o m o d 只能做一些简单的分拣模型，而不具备读取订单等分拣系统复杂功能，因此也存 在着局限性。 综上所述，国内对分拣系统仿真的研究较少，目前只停留在使用专业物流软 件进行的基础上，不具备读取真实订单的功能，只能根据确定的订单结构进行单 一仿真，这就限制了仿真结果的准确性，不能得到令人满意的仿真结果。 1 4 论文主要研究内容 本文主要研究的是快速分拣系统仿真平台的设计与开发。分析了自动补货系 统和分拣系统的内部机理和模型，以卷烟分拣系统为研究背景，从实际数据出发， 建立了分拣系统运动模型，并将两者通过消息传递机制相互连接，以v c + + 6 0 为开发工具，基于面向对象o o p 技术和o p e n g l 技术开发出一套快速分拣系统 仿真平台，具体内容有： 1 分析卷烟分拣系统的内部机理和运行模式，建立卷烟分拣系统仿真平台 4 山乐丈学坝 学位论。史 ! ! 曼曼曼曼皇! ! 皇! ! 皇! 曼曼鼍鼍詈詈鼍皇曼! ! 曼! 曼曼曼鼍皇曼! i 毫i i 曼曼鼍鼍皇皇曼皇! 鼍皇曼曼詈! 鼍鼍暑 的数学模型，包括订单处理系统模型、补烟系统模型和分拣系统模型三 部分。 2 以v c + + 6 0 为开发工具，开发出一套基于面向对象o o p 技术和o p e n g l 技术的快速分拣仿真平台 1 6 1 【1 7 】。该平台有以下几个特点： 实现了基于统一模型的离线仿真( o f f - l i n e ) 与在线仿真( o n - l - n e ) 切换 技术； 将分拣系统、补货系统根据其工作原理建立通用模块，存入模型库中， 用户可以根据需要调用； 与数据库相关联，实现真实的订单信息读取功能和复杂订单信息的处理 功能； 3 以国内某卷烟配送中心为背景，从实际数据出发，对仿真平台进行功能 测试，并举例说明应用方式。 1 5 小结 本章针对快速分拣系统仿真平台开发的背景及实际应用意义进行了阐述，并 通过总结国内外分拣系统仿真的研究现状，得出目前国内外针对分拣物流的仿真 模型和仿真软件的设计都处于不成熟阶段的结论。最后对论文的主要研究内容作 了概沭。 i ij 东人学f ! j 学位沦文 第二章快速分拣系统分析 2 1 引言 作为第j 三利润源泉的典型代表，物流配送中心近年来逐步受到人们的重视。 物流配送中心一般由仓储系统、输送系统、信息管理系统和分拣系统组成，分拣 系统作为物流配送中心的重要组成部分，在整个货物处理环节中占的比重最大， 商接影响到整个物流配送中心的作用效率【1 8 1 。 口入库7 分拣4 0 口装午7 口配送3 9 f 退货处理1 口信启，处腭2 其他4 图2 1 物流配送中心作业环1 了比例阁 从成本分析的角度来看，物流成本约t h - 商品最终销售成本的3 0 ，其中包 括配送、搬运、储存等成本项目。一般而言，分拣成本约是其他堆叠、装卸、运 输等成本总合的9 倍，与物流搬运成本的绝大部份，如图2 2 所示。因此若要降 低物流搬运成本，由分拣作业上着手改进应可达事半功倍之效。 图2 - 2 物流配送中作业成本比例图 从人力需求的角度来看，目前大多数物流中心属于劳力密集的产业，其中分 拣作业直接相关的人力占5 0 以上，且分拣作业的时间投入也占整个物流中心 的3 0 4 0 。由此可见规划合理的分拣作业方法，对于同后物流中心的运作效 率具有决定性的影响f 1 9 1 。 东人学硕l 学位论文 配送r j 心人力资源比例 幽2 - 3 物流配送中心人力资源比例图 2 2 分拣单位及分拣模式 分拣作业就是依据顾客的订货要求或配送中心的作业计划，尽可能迅速、准 确地将商品从其储位或其他区域拣取出来分类集中的作业过程。下面将对分拣单 位和分拣模式以及烟草配送中心的作业流程和模式进行简单介绍。 2 2 。1 基本分拣单位划分 通常，基本分拣单f 讧可根据货品体积和重量分为托盘( 也称作栈板) 、箱及 单品三种。为了能够做出明确的判别，进一步作以下划分【2 0 1 ： 1 ) 译品：分拣的最小单位，译品可由箱中取出，人手可以用单手拣取者。 2 ) 箱：由单品所组成，可由托盘上取出，人手必须用双手拣取者。 3 ) 托盘：由箱叠栈而成，无法用人手直接搬运必须利用堆高机或拖板车等机械 设备。 4 ) 特殊品：体积大形状特殊，无法按托盘、箱归类，或必须在特殊条件下作业 者，如大型家俱、桶装油料、长杆形货物、冷冻货品等等，都属于具有特殊 的商品特性，分拣系统的设训将严格受限于此。 通常，对分拣单位的规定遵循如下表所示的原则【2 1 ： 表2 1 分拣单位标准规定 物流单位代号 体积范围 重量范围搬运方式 托盘p1 m 3 ( 单边长不超过2 m ) 5 0 k g 3 t只能以机械方式搬运 人工必须用双手或用 箱 c 1 0 c m 31 m 3 ( 单边长不超过l m ) 1k g - 5 0 k g 辅助：r 具搬运 单品b 1 0 c m 3 以r ( 单边= = 不超过2 0 c m ) l k g 以下人上可以单手搬运 在实际的分拣作业中，分拣单位是由订单决定的，不可一概而论。 一 0 一 o 一 m 贝 一 一人 一i贝口贝运一一人人搬：一 一拣送卸丝 分配装其一 一日口口一 2 2 2 分拣基本模式 随着社会的不断进步，分拣作业工作模式越来越多，分拣作业方式可以从不 同角度进行分类： 1 ) 按照订单组合，可以分为摘果式分拣和播种式分拣 2 ) 按人员组合，可以分为单独分拣方式( 一人一件式) 和接力分拣式( 分 区按单分拣) 3 ) 按运动方式，可分为人至货前分拣和货至人前分拣 4 ) 按分拣信息不同，可分为分拣单分拣、标签分拣、电子标签分拣、r f 分拣等很多种【1 8 】【2 2 】 各种分拣方式之间的关系如图2 4 所示。 图2 4 分拣方式组图 由于按照订单组合的划分方法应用比较广泛，因此我们对按照订单组合的拣 选方式作详细介绍。 1 ) 摘果式分拣 摘果式分拣作业是分拣人员或分拣工具巡回于各个储存点并按订单需求从 储存点取出货物，完成配货任务，货位相对固定，而分拣人员成分拣工具相对运 动。 9 山东人学硕l 学位论文 摘果式分拣作业的基本流程是：储物货位相对固定，而拣选人员或工具相对 运动，所以又称作人到货前式工艺。形象地说，又类似人们进入果园，在一棵树 上摘下熟了的果子后，再转到另一棵树前摘果，所以又形象称之为拣选式工艺。 摘果式分拣法准确程度较高，一般较少发生货差等错误，并且机动灵活。 2 ) 播种式分拣 播种式分拣作业是分货人员或工具从储存点集中取出多个订单共同需要的 货物，然后巡回于各订单的货位之间，将货物按订单需求量放在各订单的货位上， 再取出下一种共同需求商品，如此反复进行直至按订单需求将全部货物取出并分 放完毕。同时也完成各个用户的分拣配货工作。 播种式分拣作业的特点是订单货位固定，分货人员和工具相对运动；播种式 分拣作业也被称为“分货式配货工艺”。 播种式分拣作业是集中取出众多订单共同需要的货物，再将货物分放到事先 规划好的配货货位上。这就需要若干订单，有共同需求，形成共同的批量之后， 再对订单共同需求进行统计，同时规划好各订单的配货货位进行集中取出，分放 配货的操作。所以，这种工艺难度较大，计划性较强，容易发生错误。 由于这种工艺计划性较强，若干订单的需求集中后才开始分货，直到最后一 种共同需要的货物分放完毕，各订单需求的配货工作才算完成。之后，同时开始 对各用户进行装车送达工作。这样有利于车辆的合理调配，合理使用配送路线， 便于综合考虑，统筹安排，发挥规模效益。 3 ) 复合式分拣 复合式分拣属于按单分拣的一种变通形式，主要应用在一天中每一订单只有 一种品项的场合。将某一地区订单整合成一张分拣单，做一次分拣后集中捆包出 库，可以提高配送效率。 复合分拣是摘果式分拣与播种式分拣的组合运用，按订单品项、数量和出库 频率决定哪些订单适合按单分拣，哪些适合批量分拣【2 3 1 。 2 2 3 卷烟配送中心分拣流程 卷烟配送中心分拣过程从按订单各货开始，按照时间顺序依次经过了各货、 补货、分拣、条烟打码、塑封包装五个环节。下面我们依次详细介绍这几个环节。 1 ) 备货 1 0 山东人学倾l ：学位论文 1 m 一一一 一一 i i i ! i ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 首先，由烟草系统电话访销中心丌始访销订单，访销得到的订单数据直 接传输到数据库和物流相关部门。因为物流部门负责出库作业，因此对订单 进行统计后得到。份出库汇总。仓库有关人员根据这份出库汇总进行出库作 业，即将整托盘的卷烟运送到备货区，这时观察补货区是否缺货，如果补货 区缺货，则将整托盘卷烟搬运到补货区，备货完毕。如图2 5 所示。 图2 - s 备货作业流程图 2 ) 补货 如果观察到分拣系统中缺货，则将件烟拆箱，补到分拣系统中，以目前 应用较为广泛的半自动分拣线为例，补到卧式通道机和柜式通道机中。如图 2 6 所示。 东、学卜善化：色史 厣獬缨鬻嬲黧孵葶黟5 荔霹蕊鬻缨嬲缈攀嬲 ， j 牟。湮霪攀鬻型 1 l r 撵蝴 暌峨? ； 。k 么 幽2 - 6 补货流程图 3 1 分拣 烟草行业的分拣系统将出库的卷烟按订单进行分拣，分拣完毕后将每个 订单的卷烟集中用皮带线输送到一定位置进行打码。 4 ) 条烟打码 在条烟扫码过程中，首先要设置好打码机，然后利用皮带速度差调整条 烟之j 、u j i h j n e ，利用打码机与主控机之问的信息交互记录码号，这时工作人员 人工校对码号和指令号是否一致，如果一致则进行扫码，否则进行故障处理。 如图2 7 所示。 图2 7 条炯扫码流程图 5 ) 塑封包装 在塑封包装过程中，首先由工作人员人工启动包装机，当卷烟被输送到 包装机的码垛区后，卷烟按照一定规则被码垛，这时开始进行塑封包装，包 装完毕后即被运往发货区等待发货。如图2 8 所示。 l j j 东人学坝f ：学位论文 图28 塑封包装流程图 2 2 4 卷烟配送中心分拣模式 因为烟草行、世每天需要分拣的订斡众多，卷烟数量巨大，凶此烟草行业对分 拣作、j p 效率要求较高，目前大多采用复合式拣选方式，即摘果式分拣和播种式分 拣相结合的方式。在出库环节中，烟草系统足按照每天访销得到的所有订荦信息 统计后的汇总单进行出库，即将多个订单汇总后进行初步分拣，这一作业可以看 作是播种式分拣作业。而在分拣过程中，烟草系统是按照单个订单进行分拣，因 此可以看作是摘果式分拣。 2 3 快速分拣系统原理及实现方法 2 3 1 快速分拣系统简介 快速分拣系统是伴随着工业化的发展而产生的一种建立在自动化基础上的 快速、有效的分拣系统，它一般具有以下几个特点： 1 ) 能连续、大批量地分拣货物。由于采用大生产中使用的流水线自动作业 方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等限制，可连续进行。 2 ) 分拣误差率极低。快速分拣系统分拣误差率大小主要取决于所输入分拣 信息的准确性大小，这又取决于分拣信息输入机制，目前快速分拣系统 主要采用条形码技术来识别货物。 3 ) 可最大限度减少人员使用。分拣作业基本实现快速分拣系统的目的之一 就是为了减少人员使用，减轻员工劳动强度，提高人员使用效率，基本 做到无人化。 基于预分拣的快速分拣系统作为快速分拣系统的一种特殊模式，在烟草行业 中代表着最复杂和最先进的一种模式，因此本文选择基于预分拣的快速分拣系统 作为研究对象。 2 3 t 1 基于预分拣的快速分拣系统基本原理 基于预分拣的快速分拣系统是在原有分拣系统的基础上添加一系列缓存装 置，将分拣装置分为两部分，第一部分是原有分拣系统，第二部分是缓存装置， 其分拣流程如图2 - 9 示。 ， i i i l 一 图2 - 9 基于预分拣的快速分拣系统流程图 山东人学硕卜学位论支 在基于预分拣的快速分拣系统中原有分拣系统输出等于缓存装置输入，这 样可最大限度满足分拣速度要求，即分拣过程中，原有分拣系统在分拣前先把要 分拣的货物提前分拣至缓存装置中，到达分拣时间后，缓存装置中货物被分拣， 这样分拣过程被拆分为两个动作，第一个是货物的提前分拣，我们把这个动作称 为a c t i o n l ；第二个动作是货物在缓存区中等待，到达规定时间后出货，我们把这 个动作成为a c t i o n 2 ，如图2 。1 0 示。 - - _ - - - a c t i o n l l i 耄笔 1 i 袖a 3 夕。，则该订单节约的分拣时间为( p i 一夕，) 。 若整个分拣过程订单量为k ，则货物在原分拣装置中分拣时间的数学期望为 七 e x p ( p t f ) = p t f k i = l 缓存装置出货时间的数学期望为 七 e x p ( f i ，) = f t ，k ( 2 1 ) ( 2 2 ) 七 整个分拣过程分拣节约时间为( e x p ( p t ；) - e x p ( f i ；) ) 即( ( p t ；- f t ，) 后) ，因此 j - l 在这种情况下，分拣效率可以得到很大的提高。 2 3 1 2 基于预分拣的快速分拣系统使用范围 基于预分拣的快速分拣系统并不是在任何分拣条件下都可以被适当应用，它 取决于分拣条件是否符合使用条件，具体的使用条件主要有以下几个方面： 1 ) 货物在原分拣装置中分拣时间的数学期望e x p ( p t ，) 大于缓存装置出货时 间的数学期望e x p ( f i ，) 。 1 6 山东大学硕卜学位论文 鼍詈皇! ! 量! 皇! 皇! 詈皇! 詈詈! ! ! 鼍鼍! 苎! 曼! 曼! 曼曼曼曼曼! ! ! 苎鼍曼! 皇罡! 曼! ! 詈! ! 曼! ii i ii i i _ 2 ) 分拣过程是按订单进行的，每种货物的两次分拣作业之间有一定时间间 隔。 3 ) 机械装置适宜安装预分拣缓存系统。 2 3 2 快速分拣系统在烟草行业内的应用 烟草行业作为我国税收收入的重点行业，分拣任务巨大，因此对分拣效率要 求较高。在我国物流业迅猛发展的趋势下，烟草行业的分拣物流也得到了快速发 展，目前已基本淘汰了手工分拣的分拣方式，主要有电子标签拣选、半自动分拣 线拣选和全自动分拣线拣选三种方式，而后两者属于快速分拣系统。 1 ) 半自动分拣线拣选 半自动卷烟分拣线主要由柜式分拣机、卧式分拣机、皮带式输送线、电 气控制系统、计算机智能分拣控制系统组成；实现件烟人工补货、条烟自动 分拣、输送自动整形、自动包装等工艺流程；结合卷烟品牌a b c 分类法， 对分拣量大的a 类品牌卷烟采用卧式机分拣，分拣量适中的b 类品牌卷烟 采用卧式分拣机和柜式分拣机分拣，分拣量较小极小的c 类品牌卷烟采用 柜式机分拣；整条分拣线的单机设备相互独立，任一单机故障不影响整线分 拣，设备接口简单，组合灵活，可根据各地市烟草销量、订单结构进行模块 化组合。其补烟系统采用人工方式。如图2 - 1 1 所示。 控制系统在读取到数据库的订单信息后，对订单进行处理使其中的每条 卷烟都具备确定的分拣机和出烟时间，把条烟的这些信息传送给电气控制系 统，由电气控制系统控制条烟在规定的时间从分拣机分拣到皮带上。 1 7 山东j c 学硕士学位论文 1 、卧式分拣机；2 、柜式分拣机；3 、混合通道管理工作站；4 、分拣机 控制柜1 ：5 、皮带线控制柜；6 、分拣工控机；7 、标签打印机( 备选) ； ；、塑封包装机( 备选) ；9 、补烟暂存区；1 0 、分拣线工作人员；1 1 、分 拣段皮带线；1 2 、分拣机控锌刘柜1 ：1 3 、差速皮带线：1 4 、打码机喷码机 图2 1 11 f 自动分拣线全图 2 ) 全自动分拣线拣选 全自动分拣线分拣原理和机械构造基本一致，但在半自动分拣的基础 卜，增加了自动补炯系统，降低了劳动强度。如图2 1 2 所示。 图2 1 2 全自动分拣线全图 2 4 小结 本章对于分拣的概念及其基本模式做了详细介绍，并阐述了卷烟配送中心的 分拣流程和分拣模式。最后对快速分拣系统及基于预分拣的快速分拣系统作了简 单介绍，并对其在国内烟草行业中的应用做了详细说明。 山东大学硕七学位论文 皇曼! ! ! ! 苎! ! ! 曼鼍! 皇! ! ! ! 曼曼皇曼! 曼! 皇! ! 皇曼皇曼! 曼! ! ! 皇曼鼍! ! ! ! 皇曼鼍曼鼍i i i i 。量曼! 皇曼! 曼! 鼍曼鼍皇! 第三章快速分拣系统仿真模型的建立 3 1 引言 系统模型是研究和掌握系统运动规律的有力工具，它是认识、分析、设计、 预测、控制实际系统的基础，也是解决系统工程问题不可缺少的技术手段。建立 有效且可靠的系统模型是系统研究者的首要任务。 数学表达式是系统模型最主要的表示方式，系统的数学模型是对系统与外部 的作用关系及系统内在的运动规律所做的抽象，并将此抽象用数学的方式表示出 来。数学模型的分类有很多，常见的分类有两种： 1 ) 根据模型的时间集合可以分为连续时间模型和离散时间模型。连续时间 模型中的时间用实数来表示，即系统的状态可以在任意时刻点获得。离 散时间模型中的时间用整数来表示，即系统的状态可以在离散的时间点 上获得，这里的整数时间只定性地表示时间离散，而不一定是绝对时间。 2 ) 根据模型的状态变量可以分为连续变化模型和离散变化模型。连续变化 模型中，系统的状态变量是随时间连续变化的。离散变化模型中，系统 的状态变量是不连续的，即它只在特定时刻之间系统状态保持不变 2 4 1 。 卷烟分拣系统并不是任意时间点都在运行，因此仿真也只是在特定的时间点 进行，所以卷烟分拣系统仿真模型为离散变化模型。 3 2 离散事件建模基本理论 3 2 1 离散事件系统简介 离散事件系统是指系统的状态仅在离散的时间点上发生变化的系统，而且这 些离散的时间点一般不确定【2 5 1 。这类系统中引起状态变化的原因是事件，通常状 态变化与事件的发生一一对应。事件的发生没有连续性，可以看作在一个时间点 上瞬间完成，事件发生的时间点是离散的，因而这类系统称为离散事件系统【2 6 1 。 3 2 2 离散事件系统的基本要素 离散事件系统的类型虽然多种多样，但它们的主要组成元素基本上还是相同 的。这些基本要素有： 1 ) 实体 构成系统的各种成分称为实体，用系统论的术语，它是系统边界内的对 1 9 【l j 东人学硕i 学位论文 象。实体可分为临时实体和永久实体两大类。只在系统中存在一段时间的实 体叫做临时实体，这类实体在系统仿真过程中的某一时刻出现，在仿真结束 前从系统中